基于探究式教學提升學生核心素養
——《光的折射》教學案例

趙 琪 程宏亮

(廣東省深圳市坪山區坪山實驗學校 518118)

在學生學習物理知識，構建物理知識體系，走入物理知識大廈的過程中，學生逐漸形成適應社會發展和個人發展的能力和品質，而物理學科核心素養是上述過程中重要的一部分.物理核心素養分為四個方面：物理觀念、科學思維、實驗探究和科學態度與責任.它們是相互聯系，共同發展的.探究式教學是提升物理核心素養的有效途徑.探究式教學是在教師的主導下可以落實以學生為主體的教學觀念，對于培養學生的科學探究能力和科學品質有著很大的幫助.人教版初中物理八上《光的折射》是經典的培養物理核心素養的教學案例.該節課將物理現象、物理觀念、物理規律和拓展應用集于一體，非常值得我們深入探究.

光學現象之一《光的折射》不僅與前序內容--光的反射相互聯系，同時也是后序內容--透鏡成像的基礎.雖然學生在學習光的反射時已然具備了一定的學習能力和基礎，但這節內容對學生而言仍然是學習的重難點.為了讓學生能較深層次的認識光的折射規律和解釋光的折射現象，這里采用“探究式教學”的形式進行課堂教學.教學目標是通過實驗，了解光的折射現象及其特點；知道光的折射現象的一些實例；能利用光的折射規律作圖.

1 案例過程

1.1 創設情景，引出話題

情景設置：播放視頻《小人叉魚》.如圖1.

圖1

師：為什么前兩個小人將鋼叉瞄準了魚，卻沒有扎到魚？而第三個小人將鋼叉瞄準了魚的下方，卻扎到了魚？

學生思考并討論，教師引出光的折射.

探究式教學的高效開展需要提高學生的積極性，而創設生活中的情景可以提高學生的探究興趣.“叉魚”情景貼近生活，可以有效激發學生學習興趣.從對比情境出發，引入能引起學生認知沖突的問題情景，可以激發學生的求知欲，使學生初步認識折射現象在生活中的應用，進而獲得對生活的熱愛和解決生活問題的能力.

1.2 建立模型，提出概念

情景設置：利用“光的折射”器材進行演示實驗.將一束激光斜射入空的透明容器中，在P點形成光斑.

師：請同學們猜想，容器中加水后，光斑P的位置是否不變？

學生觀察實驗并發現，光斑的位置改變.

師：光斑位置為什么改變了，請猜想？

生：光從空氣斜射入水中時，傳播方向發生了偏折.

師：請同學們描述該現象.

生：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生偏折的這種現象叫做光的折射.如圖2.

圖2

師：請同學們閱讀課本P82頁最上面一段話，并以光的折射圖為主，認識入射光線、折射光線、法線、入射角和折射角.然后請一位同學用鉛筆指認以上物理要素.

根據觀察到的實驗現象，建立容易理解的物理模型，讓學生能夠將看到的：光在空中斜射入水中時，光線發生偏折的現象以光路模型的形式表示出來.同時入射光線等概念的引出，也為折射規律的探究打下了基礎.要特別指出，折射角是折射光線與法線的夾角.

1.3 科學探究，尋找規律，得出結論

師：上面的實驗還有什么現象？

引導學生說出光的折射與光的反射是同時發生的，并共同回顧光的反射定律：三線共面、兩線分居、兩角相等和光路可逆.類比前序內容光的反射，請同學們猜想光的折射規律.探究過程從以下幾方面一一展開：

[提出問題]

光的折射有著怎樣的規律？

[猜想和假設]

師：請同學們猜想可能存在的規律？

生：折射光線、入射光線、法線三線共面？折射光線、入射光線總是在法線的兩邊？折射角、入射角總是相等？

教師將學生的猜想在黑板上記錄下來，方便學生在接下來的時間里進行逐個驗證.學生根據之前所學的光的反射定律來猜想光的折射規律，可使知識有連接和遷移，進一步“溫故而知新”.

[設計實驗]

教師先介紹實驗器材：光源、底座、演示屏和玻璃磚，然后引導性提問學生，幫助學生化解難點，形成一定的實驗操作思路.

師：如何證明三線共面？

生：以演示屏的中線為法線，將演示屏向后翻折，觀察是否還有折射光線.

師：如何證明兩角關系？如圖3.

圖3

生：首先觀察當光從空氣斜射入玻璃時的入射角，通過后面的刻度板讀出大小以及光從玻璃斜射入空氣時的折射角，同樣通過后面的刻度板讀出大小.同時多次改變入射的角度，觀察兩個角的變化，是否存在某些關系.

合適的實驗器材可以使得實驗現象非常清楚和直觀.學生在動手操作過程中有助于較為深刻地理解物理概念，發現物理規律，具備探究能力，從而提高課堂效率并更好地培養學生的物理核心素養.

[實驗探究]

師：現在給同學們8min的時間，請通過實驗驗證自己的猜想，并完成導學案，記錄表格見表1.

提醒：1.激光不要照射眼睛；2.請多次實驗，避免實驗結果存在偶然性.

師：實驗完畢，請關閉電源.請各小組派一名代表分享結果.

生1：三線共面.兩線分居.

生2：當光從空氣斜射入玻璃時，光線向法線偏折，折射角小于入射角；當光從玻璃斜射入空氣時，光線向遠離法線的方向偏折，折射角大于入射角.當增大入射角時，反射角跟著一起增大.

師：我們深度挖掘規律，與光的反射定律相比，它們最大的區別是哪點？

生：兩角不等.

師：請大家觀察在哪種介質中的角比較大？

生：空氣中角大.

[得出結論]

師：請同學們歸納實驗結論.如圖4.

圖4

生：“三線”關系：折射光線、入射光線、法線在同一平面內.折射光線、入射光線分別位于法線兩側.

“兩角”關系：空氣中角大；折射角隨入射角的增大而增大.

[拓展延伸]

匯總規律后，教師逐步引導學生一起探究特殊情況.

演示實驗1：將紅色激光從水中斜射入空氣，然后將綠色激光逆著折射光線的方向入射.

師：光線是否逆著原入射光線方向射出，說明了什么？

生：光路重合，說明了光折射時，光路是可逆的.

演示實驗2：將紅色激光從水中垂直射入空氣(或將光從空氣垂直射入水中).

師：垂直入射時，入射角，反射角和折射角分別是多少度？

生：當光垂直入射時，折射角，反射角和入射角都等于0°.

師：我們可以總結為：垂直入射，三個0°.請將以上結論記錄在導學案中.

得出以上結論后請各小組間交流討論，看所得的結論是否具有普遍性.

一些同學在實驗當中會觀察到，當以特殊角度入射時，折射光線消失的現象，即全反射現象.這時教師要鼓勵學生善于發現并敢于質疑的態度，然后簡單介紹這是全反射現象，將在高中階段進行學習，并鼓勵學生在課后查閱資料進行研究.

關注到學生腦中物理知識的論證和生成是探究式教學的關鍵.學生通過實驗親自驗證自己提出的猜想，能夠極大地調動學生的積極性.學生通過觀察直觀的物理現象、構建簡單的物理模型，發散物理思維來深化認識物理知識，有助于全面地理解光的折射現象.同時，教師也要肯定來自學生的質疑，可以培養學生正確的科學態度與責任觀.

教師需把握和理解初中物理課程標準，全面鉆研專業知識；還要研究學生，了解學生的學情和基礎，尊重差異，盡可能關注所有學生，并多以問題引導探究和多進行實驗探究活動.